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《西南交通大学》 2010年
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高速列车驱动制动动力学及其控制研究

陈哲明  
【摘要】: 进入新世纪以来,由于中国经济的快速发展,为了解决铁路客运的瓶颈制约,我国采取对国外先进高速列车技术的引进吸收消化再创新的方式,实现了中国铁路的跨越式发展,并创造了运营时速350km/h的世界最高速。由于运行速度的提高,列车在高速状态下的动态特性相对于低速状态将产生很大的变化,如轮轨间的相互作用力、牵引电机的振动影响、齿轮间的高速啮合、空气动力学问题等,这些影响将对高速列车的运行性能以及牵引制动的有效性和安全性带来更多的不确定性。在传统的车辆牵引制动动力学研究中,早期主要是针对2自由度的单轮对建模,只考虑轮对纵向牵引和制动及其相关动力学影响。模型简单,只适合作理论上的探讨;后来,建立了考虑转向架、车体、轮对之间耦合关系的动力学模型,以评价牵引和制动的有效性和安全性,以及各种牵引制动方法引起的纵向振动对车辆动力学性能的影响。这些动力学模型虽然考虑了牵引和制动对车辆的动力学影响,但没有从整体的角度(单车、整列车或机电耦合)来对系统进行分析,仍然不够全面。因此,本文将从考虑传动系统及机电耦合的角度,对高速列车牵引制动控制及其动力学特性进行深入的研究。 本论文所作的主要工作有: (1)通过建立异步牵引电机和逆变器等效数学模型,采用圆形磁链与六边形磁链相结合的直接转矩控制技术对电机输出转矩进行控制。 (2)对轮轨黏着特性进行分析,给出了黏着系数的估计方法,建立了基于Polach蠕滑力快速算法的传动系统等效简化模型,分析了轮轨蠕滑率对传动系统振动的影响,以及黏着系数对轮对纵向振动的影响。 (3)采用递归最小二乘法预测黏滑曲线的斜率,应用卡尔曼滤波估计车辆的参考轮对速度,获得了在列车驱动防空转和车辆制动防滑过程中黏着系数的最佳利用。 (4)建立了基于Sanville流量公式的制动气缸的非线性模型,对气缸的压力特性进行分析,运用滑模控制和逻辑门限值控制的方法,对牵引电机和制动气缸进行控制,对车辆在高速工况下的电空联合制动防滑控制进行了仿真,并对两种控制方法的结果进行了对比。 (5)分析牵引电机转子振动对车辆动力学性能的影响,建立了包括传动系统的动车动力学模型,模型中考虑了转子—轴承系统的非线性力。通过数值仿真,研究了转子—轴承系统非线性反力对牵引电机振动的影响,对比分析了考虑与不考虑转子轴承非线性反力时车辆在驱动、匀速和惰行工况下的动力学特性。 (6)分析了考虑和不考虑传动系统情况下的车辆动力学特性,研究了考虑构架柔性时车辆的纵向动力学特性的变化,以及在两种编组条件下车间纵向减振器对列车纵向动力学的影响。
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U270.11

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